一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法
【专利摘要】本发明公开了一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法，主要解决异构蜂窝网络中的下行干扰问题。其实现步骤是：（1)基站选择各自的服务用户；(2)用户测量各基站到自身的信道状态信息并反馈给为自己服务的基站；(3)smallcell基站将信道状态信息发送给宏基站，(4)宏基站根据此信息构建两阶段干扰对齐；(5)宏基站将发送预编码矩阵及用户的接收滤波器发送给各smallcell基站；(6)基站将用户的接收滤波器发送给用户并给各自的用户发送数据；（7)用户使用接收到的接收滤波器接收数据。本发明根据异构蜂窝网络的特性，设计了新的干扰对齐方法，增加了网络中同时传输的数据流数，提升了网络容量。
【专利说明】一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信领域，具体涉及异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐 方法，可用于异构蜂窝网络中的下行干扰管理。
【背景技术】
[0002] 无线业务的快速发展使得无线通信网络的扩容成为一个急需解决的问题。研究表 明，通过在已有宏蜂窝小区内布设smallcell，例如relay, picocell，femtocell，可以经济 有效的提升网络的容量。然而，由于smallcell与宏蜂窝复用相同的频谱资源，这使得异构 蜂窝网络中的干扰问题非常严重。
[0003] 由于smallcell的引入，使得异构蜂窝网络中出现了两种新型的干扰：层间干扰 和层内干扰。层内干扰指异构蜂窝网络中同一层次小区间的干扰，如picocell间的干扰； 层间干扰指异构蜂窝网络中不同层次小区间的干扰，如宏蜂窝与Picocell之间的干扰。现 有的干扰管理的方法主要是通过资源划分的方法来实现。通过给相互干扰的小区分配正交 的资源以达到干扰避免的目的。但这种方法不能实现全频率复用，所以大大降低了频谱的 利用效率。
[0004] 干扰对齐方法被认为是一种解决网络干扰的有效方法。干扰对齐的基本思想是通 过设计发送预编码矩阵使得多个干扰信号对齐到同一子空间上从而使得其他子空间可以 无干扰的传输。干扰对齐的方法可以有效的增加系统中并行传输的数据流数，从而增加系 统的容量。由于异构蜂窝网络中smallcell数目较多而基站及用户设备的天线数目有限， 如果要达到完美的干扰对齐，则只有较少的链路数目可以同时传输，从而限制了网络的容 量。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干 扰对齐方法，通过充分利用异构蜂窝网络的特性提出一种新的干扰对齐方法，以解决异构 蜂窝网络中的下行干扰问题。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤1，宏基站选择S个宏用户进行服务，每个smallcell基站选择一个用户进行 服务，其中S彡My M。为宏基站的天线数目；
[0009] 步骤2,被选择的用户测量所有基站到自身的信道状态信息（CSI)，并反馈给为自 己服务的基站；
[0010] 步骤3,每个smallcell基站将接收到的CSI信息发送给宏基站；
[0011] 步骤4,将宏基站标记为0,宏基站选择的S个宏用户标记为{kp k2，. . .，ks};由 于每个smallcell基站只选择一个用户进行服务，因此用smallcell基站的编号来标记其 所服务的用户；同时，由于每个小区只有一个基站，因此smallcell基站的编号也用以标记 smallcell ;smallcell 基站{1，2, · · ·，L}组成一个小组 A，smallcell 基站{L+l，L+2,...， L+J}组成一个小组B，其中：
[0012]
【权利要求】
1. 一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法，其特征在于，所述方法包括 如下步骤： 步骤1，宏基站选择S个宏用户进行服务，其中S < Mm M。为宏基站的天线数目；每个 smallcell基站选择一个用户进行服务； 步骤2,被选择的用户测量所有基站到自身的信道状态信息（CSI)，并反馈给为自己服 务的基站； 步骤3,每个smallcell基站将接收到的CSI信息发送给宏基站； 步骤4,将宏基站标记为0,宏基站选择的S个宏用户标记为{kpky. . .，ks};由于每个 smallcell基站只选择一个用户进行服务，因此用smallcell基站的编号来标记其所服务 的用户；同时，由于每个小区只有一个基站，因此smallcell基站的编号也用以标记相应的 smallcell ;smallcell 基站{1，2, · · ·，L}组成一个小组 A，smallcell 基站{L+l，L+2,...， L+J}组成一个小组B，其中：
Δ = M+N_(S+1) d，Μ为每个smallcell基站的发送天线数目，所有smallcell基站都 具有相同数目的发送天线；N为每个用户的接收天线数目，网络中的所有用户均具有相同 的接收天线数目；d为每个宏用户及小组A中每个smallcell用户所接收到的数据流的数 目，即宏基站给每个宏用户都发送d个数据流，小组A中每个smallcell基站也给其服务的 用户发送d个数据流； 步骤5,所述宏基站给自身及所述小组A中的smallcell基站设计发送预编码矩阵； 步骤6,所述宏基站设计所述小组B中的smallcell基站的发送预编码矩阵； 步骤7,宏基站将得到的各smallcell基站的发送预编码矩阵及对应用户的接收滤波 器通过回程链路发送给相应的smallcell基站； 步骤8,宏基站与各smallcell基站将其用户的接收滤波器发送给相应的用户，并使用 步骤5和6中得到的发送预编码矩阵给各自服务的用户发送数据； 步骤9,各用户使用接收到的接收滤波器，以消除干扰并接收数据。
2. 根据权利要求1所述的一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法，其特 征在于，步骤4中，所述小组A中的smallcell及所述小组B中的smallcell具有以下特 性： 首先，所述小组A中的smallcell之间存在严重的干扰，SP smallcelli(i e {1，· · ·， L})至少满足以下条件中的一个： (1) smallcell i的基站至少对小组A中其它small cell基站服务的用户中的一个产生 严重干扰，S卩
Ρ』为smallcell基站j的发射功率，Pi为smallcell 基站i的发射功率，Ηρ表示smallcell基站i到用户j的干扰信道矩阵，Η」,」为基站j到 其所服务用户j的直接信道矩阵，I I · I lF表示矩阵的F-范数，α为一个门限值，在配置系 统参数时给定； (2) smallcell i中的用户受到小组A中其它smallcell的基站的至少一个基站的严 重干扰，即
表示smallcell基站j到用户i的干扰信道矩阵； Hu为基站i到所服务用户i的直接信道矩阵； 其次，所述小组B中的smallcell基站对所述小组A中smallcell用户造成很弱的干 扰，即
β为一个门限值，在配置系统参数时给定；且小组A中 smallcell基站对小组B中smallcell用户造成很弱的干扰，即
同时，所述小组B中smallcell基站对小组B中其它smallcell的用户造成很弱的干扰，即
3.根据权利要求1所述的一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法，其特 征在于，所述步骤5具体包括如下步骤： 步骤5. 1，宏基站对如下矩阵进行计算：
表示从宏基站到小组B中的用户L+x的信道矩 阵，x= l，2，...，q，表示矩阵的共轭转置操作，null(·)表示求矩阵的零空间； 步骤5. 2,宏基站使用分层干扰对齐计算所述宏基站及小组A中smallcell基站的发送 预编码矩阵，在此过程中宏基站使用如下等效信道矩阵
所述分层干扰对齐具体包括如下过程： 步骤5. 2. 1，所述小组A中的smallcell基站生成随机预编码矩阵'，V茜足条件
是Vj的共轭转置，j = 1，2, . . .，L，Id为dX d的单位矩阵； 步骤5. 2. 2,令
步骤5. 2. 3,根据步骤5. 2. 2中的发送预编码矩阵Vf%计算干扰协方差矩阵：
，其中，是基站j到用户i的干扰信道矩阵，是基 站 j 的发送功率，i e {kp . . .，ks，1，. . .，L}; 步骤5. 2. 4,判断干扰泄露If是否小于干扰泄露门限值ε，如果是，则步骤5. 2. 2中 的发送预编码矩阵即为基站j所需要的发送预编码矩阵，令
并进入步骤 5. 2. 7 ;否则，进入步骤5. 2. 5 ;其中，干扰泄露
Tr[IFi]为步骤 5. 2. 3中所述干扰协方差矩阵1匕的迹，ε为给定的干扰泄露门限值，在配置系统参数时给 定； 步骤5. 2. 5,基于步骤5. 2. 3中得出的所述干扰协方差矩阵IFp计算用户的接收滤波 器屯=Vd[ng，i e %，…，ks，i，…，l}，其中，a为用户i的接收滤波器，Vd[ng是 由干扰协方差矩阵IFi最小的d个特征值所对应的特征向量构成的矩阵； 步骤5. 2. 6，根据步骤5. 2. 5中的用户接收滤波器，按照公式
计算基站j的发送预编码矩阵并返回步骤5. 2. 2 ;其 中，A为步骤5. 2. 5中用户i的接收滤波器，j = 1，2, . . .，L ; 步骤5. 2. 7,基于步骤5. 2. 3中得出的所述干扰协方差矩阵IFp计算用户的接收滤波 器
步骤5. 2. 8,计算宏基站的发送预编码矩阵： 首先计算如下矩阵：
其中s = 1，2. . .，S，则宏基站的发送预编码矩阵为：
4.根据权利要求1或3所述的一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法， 其特征在于，所述步骤6包括如下具体步骤： 步骤6. 1，设计smallcell基站{L+l，L+2, . . .，L+q}的发送预编码矩阵，具体为： 步骤6. 1. 1，宏基站计算如下矩阵：
步骤6. 1. 2,宏基站对如下矩阵进行奇异值分解：
其中矩阵\.的对角元素为矩阵--的奇异值，smallcell基站j的发送预编码矩阵Vj 可计算为
其所服务的用户j的接收滤波器为
L+1，· · ·，L+q ; 步骤6. 2.设计smallcell基站{L+q，. . .，L+J}的发送预编码矩阵，具体为： 步骤6. 2. 1，宏基站计算如下矩阵
步骤6. 2. 2,宏基站对如下矩阵进行奇异值分解
Smallcell基站j的发送预编码矩阵即为
，其所服务的用户j的接收滤波器 为
【文档编号】H04W24/04GK104219703SQ201410479702
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】王玺钧, 盛敏, 刘国庆, 张琰, 李建东, 韩维佳, 焦万果, 李渝舟 申请人:西安电子科技大学